Комбинированные системы рекомбиназной полимеразной амплификации и мембранной иммунохроматографии или иммуноферментного анализа для количественного определения ДНК бактерий Salmonella enteric

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Разработаны и исследованы комбинированные биоаналитические системы для детекции бактерий Salmonella enterica в молоке. Эти системы основаны на изотермической рекомбиназной полимеразной амплификации (RPA) фрагмента гена invA и детекции полученных ампликонов ДНК, содержащих остатки биотина и флуоресцеина на противоположных концах, экспрессной мембранной хроматографией на тест-полосках или иммуноферментным анализом (ИФА) в микропланшетах. Показано, что разработанные тест-системы специфичны, чувствительны и просты в применении. Для постановки RPA требуется 20 мин при температуре 40°С. Иммунохроматографическое выявление ампликонов обеспечивает экспресс-тестирование в течение 10 мин и возможный визуальный учет результата. ИФА проходит в течение 75 мин, позволяет анализировать большое количество проб, а также количественно оценить результат. Установлено, что биоаналитические системы характеризуются широкой специфичностью в отношении различных серотипов бактерий S. enterica подвида enterica, относящихся к серогруппам B, C, D и E. Показано, что предел детекции геномной ДНК S. enterica в тест-системах составляет 0.5 фг. Предел обнаружения сальмонелл в искусственно загрязненных пробах молока составил 8 × 102 КОЕ/мл. После предварительного культивирования исследуемых проб в течение 6 ч этот показатель оказался равным 2 × 100 клеток на 25 г молока.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Т. С. Серченя

Институт биоорганической химии Национальной академии наук Беларуси

Автор, ответственный за переписку.
Email: serchenya@iboch.by
Белоруссия, 220084, Минск

Е. В. Охремчук

Институт микробиологии Национальной академии наук Беларуси

Email: serchenya@tut.by
Белоруссия, 220084, Минск

Л. Н. Валентович

Институт микробиологии Национальной академии наук Беларуси

Email: serchenya@tut.by
Белоруссия, 220084, Минск

В. С. Лапина

Институт биоорганической химии Национальной академии наук Беларуси

Email: serchenya@tut.by
Белоруссия, 220084, Минск

О. В. Свиридов

Институт биоорганической химии Национальной академии наук Беларуси

Email: serchenya@iboch.by
Белоруссия, 220084, Минск

Список литературы

  1. Fung F., Wang H.S., Menon S. // Biomed. J. 2018. V. 41 № 2. P. 88–95. https://doi.org/10.1016/j.bj.2018.03.003
  2. Mkangara M. // Int. J. Food Sci. 2023 V. 2023. 8899596. https://doi.org/10.1155/2023/8899596
  3. Lin L., Zheng Q., Lin J., Yuk H.-G., Guo L. // Eur. Food Res. Technol. 2020. V. 246. P. 373–395. https://doi.org/10.1007/s00217-019-03423-9
  4. Wang M., Zhang Y., Tian F., Liu X., Du S., Ren G. // Foods. 2021. V. 10. № 10. P. 2402. https://doi.org/10.3390/foods10102402
  5. “Salmonella”, Official Methods of Analysis of AOAC INTERNATIONAL, 22. / Ed. G.W. Latimer. Oxford University Press, 2023. P. C17-256–C17-259. https://doi.org/10.1093/9780197610145.003.2282
  6. De Boer E., Beumer R.R. // Int. J. Food Microbiol. 1999. V. 50. Р. 119–130. https://doi.org/10.1016/S0168-1605(99)00081-1
  7. Techathuvanan C., Draughon F.A., D’Souza D.H. // J. Food Prot. 2011. V. 74. Р. 294–301. https://doi.org/10.4315/0362-028X.JFP-10-306
  8. Gao D., Yu J., Dai X., Tian Y., Sun J., Xu X., Cai X. // Poult. Sci. 2023. V. 102. 102513. https://doi.org/10.1016/j.psj.2023.102513
  9. Wang W., Liu L., Song S., Tang L., Kuang H., Xu C. // Sensors. 2015. V. 15. P. 5281–5292. https://doi.org/10.3390/s150305281
  10. Kuhn K.G., Falkenhorst G., Ceper T.H., Dalby T., Ethelberg S., Mølbak K., Krogfelt K.A. // J. Med. Microbiol. 2012. V. 61. P. 1–7. https://doi.org/10.1099/jmm.0.034447-0
  11. Hendrickson O.D., Byzova N.A., Safenkova I.V., Panferov V.G., Dzantiev B.B., Zherdev A.V. // Nanomaterials (Basel). 2023. V. 13. № 23. P. 3074. https://doi.org/10.3390/nano13233074
  12. Zhang H.Q., Li H.N., Zhu H.L., Pekarek J., Podesva P., Chang, H.L., Neuzil P. // Sens. Actuator B-Chem. 2019. V. 298. Р. 1–6. https://doi.org/10.1016/j.snb.2019.126924
  13. Sidstedt M., Rådström P., Hedman J. // Anal. Bioanal. Chem. 2020. V. 412. № 9. Р. 2009–2023. https://doi.org/10.1007/s00216-020-02490-2
  14. Bickley J., Short J.K., McDowell D.G., Parkes H.C. // Lett. Appl. Microbiol. 1996. V. 22. № 2. P. 153–158. https://doi.org/10.1111/j.1472-765X.1996.tb01131.x
  15. Powell H.A., Gooding C.M., Garrett S.D., Lund B.M., Mckee R.A. // Lett.Appl. Microbiol. 1994. V. 8. № 1. P. 59–61. https://doi.org/10.1111/j.1472-765X.1994.tb00802.x
  16. Ivanov A.V., Safenkova I.V., Drenova N.V., Zherdev A.V., Dzantiev B.B. // Biosensors. 2022. V. 12. P. 1174. https://doi.org/10.3390/bios12121174
  17. Hu J., Huang R., Sun Y., Wei X., Wang Y., Jiang C. et al. // J. Microbiol. Methods. 2019. V. 158. P. 25–32. https://doi.org/10.1016/j.mimet.2019.01.018
  18. Chen J., Liu X., Chen J., Guo Z., Wang Y., Chen G. et al. // Food Anal. Methods. 2019. V. 12. P. 1791–1798. https://doi.org/10.1007/s12161-019-01526-3
  19. Daher R.K., Stewart G., Boissinot M., Bergeron M.G. // Clin. Chem. 2016. V. 62. P. 947–958. https://doi.org/10.1373/clinchem.2015.245829
  20. Notomi T., Okayama H., Masubuchi H., Yonekawa T., Watanabe K., Amino N., Hase T. // Nucleic Acids Res. 2000. V. 28. № 12. P. E63. https://doi.org/10.1093/nar/28.12.e63
  21. Barreda-García S., Miranda-Castro R., de-Los-Santos-Álvarez N., Miranda-Ordieres A.J., Lobo-Castañón M.J. // Anal. Bioanal. Chem. 2018. V. 410. № 3. P. 679–693. https://doi.org/10.1007/s00216-017-0620-3
  22. Le B.H., Seo Y.J.// Bioorg. Med. Chem. Lett. 2018. V. 28. P. 2035–2038. https://doi.org/10.1016/j.bmcl.2018.04.058
  23. Ivanov A.V., Safenkova I.V., Zherdev A.V., Dzantiev B.B. // Talanta. 2020. V. 210. P. 120616. https://doi.org/10.1016/j.talanta.2019.120616
  24. Zhao L., Wang J., Sun X.X., Wang J., Chen Z., Xu X. et al. // Front Cell Infect. Microbiol. 2021. V. 11. P. 631921. https://doi.org/10.3389/fcimb.2021.631921
  25. Ahmed A., van der Linden H., Hartskeerl R.A. // Int. J. Environ. Res. Public Health. 2014. V. 11. P. 4953–4964. https://doi.org/10.3390/ijerph110504953
  26. Kim J.Y., Lee J.-L. // J. Food Saf. 2016. V. 36. P. 402–411. https://doi.org/10.1111/jfs.12261
  27. Li J., Ma B., Fang J., Zhi A., Chen E., Xu Y., Sun C., Zhang M. // Foods. 2020. V. 9. № 1. P. 27. https://doi.org/10.3390/foods9010027
  28. Liao C., Pan L., Tan M., Zhou Z., Long S., Yi X. et al.// Front. Bioeng. Biotechnol. 2024. V. 12. 1379939. https://doi.org/10.3389/fbioe.2024.1379939
  29. Liu R., Wang Z., Liu X., Chen A., Yang S. // Poult. Sci. 2020. V. 99. № 12. P. 7225–7232. https://doi.org/10.1016/j.psj.2020.10.020
  30. Santiago-Felipe S., Tortajada-Genaro L.A., Morais S., Puchades R., Maquieira A. // Food Chem. 2015. V. 174. P. 509–515. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2014.11.080
  31. Serchenya T.S., Akhremchuk K.U., Valentovich L.N., Lapina V.S., Sviridov O.V. // Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Chemical series. 2024. V. 60. № 4. P. 314–325 (in Russian). https://doi.org/10.29235/1561-8331-2024-60-4-314-325
  32. Frens G. // Nature Physical Science. 1973. V. 241. P. 20–22. https://doi.org/10.1038/physci241020a0
  33. Byzova N.A., Serchenya T.S., Vashkevich I.I., Zherdev A.V., Sviridov O.V., Dzantiev B.B. // Microchemical Journal. 2020. V. 156. Аrticle 104884. https://doi.org/10.1016/j.microc.2020.104884
  34. Hermanson G.T. Bioconjugate Techniques. Elsevier. 1996. P. 377-380.
  35. Wallace H.A, Wang H., Jacobson A., Ge B., Zhang G., Hammack T. Bacteriological Analytical Manual (BAM). Chapter 5: Salmonella. 2023. https://www.fda.gov/food/laboratory-methods-food/bacteriological-analytical-manual-bam
  36. Rahn K., De Grandis S.A., Clarke R.C., McEwen S.A., Galán J.E., Ginocchio C. et al. // Mol. Cell Probes. 1992. V. 6. № 4. P. 271–279. https://doi.org/10.1016/0890-8508(92)90002-f
  37. Galán J.E., Curtiss R. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1989. V. 86. № 16. Р. 6383–6387. https://doi.org/10.1073/pnas.86.16.6383
  38. González-Escalona N., Brown E.W., Zhang G. // Food Res. Int. 2012. V. 48. P. 202–208. https://doi.org/10.1016/j.foodres.2012.03.009
  39. Brenner F.W., Villar R.G., Angulo F.J., Tauxe R., Swaminathan B. // J. Clin. Microbiol. 2000. V. 38. № 7. P. 2465–2467. https://doi.org/10.1128/JCM.38.7.2465-2467.2000
  40. Gao W., Huang H., Zhu P., Yan X., Fan J., Jiang J., Xu J. // Bioprocess Biosyst. Eng. 2018 V. 41. № 5. Р. 603–611. https://doi.org/10.1007/s00449-018-1895-2
  41. Choi G., Jung J.H., Park B.H., Oh S.J., Seo J.H., Choi J.S., Kim D.H., Seo T.S. // Lab on a Chip. 2016. V. 16. № 12. P. 2309–2316. https://doi.org/10.1039/c6lc00329j
  42. Yang Q., Wang F., Jones K.L., Meng J., Prinyawiwatkul W., Ge B.// Food Microbiol. 2015. V. 46. P. 485–493. https://doi.org/10.1016/j.fm.2014.09.011

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схемы конструкции мембранных систем ИХА-1 (а) и ИХА-2 (б).

Скачать (416KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Связывание FAM/Bt-ампликонов фрагмента гена invA бактерий S. enterica с антителом к флуоресцеину и стрептавидином в системах ИХА-1 (а) и ИХА-2 (б): а – 1–10 — концентрация ампликона ДНК 0, 0.01, 0.03, 0.05, 0.1, 0.25, 0.5, 1.0, 2.5 и 5 нМ; б — 1–8 — концентрация ампликона ДНК 0, 0.15, 0.3, 0.5, 1.0, 2.5, 5 и 10 нМ.  

Скачать (118KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Графики концентрационной зависимости связывания меченого ампликона ДНК S. enterica со стрептавидином и антителом к флуоресцеину в системах ИФА-1 (а) и ИФА-2 (б).

Скачать (93KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Взаимодействие ампликонов ДНК S. enterica (0.015 нМ) без дополнительной очистки после РПА (I) и очищенных колоночной хроматографией (II) в системе ИФА-1: 1 — Typhimurium, 2 — Enteritidis, 3 — London, 4 — Newport, 5 — Derby, 6 — непатогенный штамм SL7207, 7 — стандарт ДНК S. enterica.

Скачать (70KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Связывание FAM/Bt-ампликонов фрагмента гена invA различных серотипов S. enterica в концентрациях 0.1 нМ (I), 0.03 нМ (II) и 0.01 нМ (III) в системе ИФА-1: 1 — Typhimurium, 2 — Enteritidis, 3 — London, 4 — Newport, 5 — Derby, 6 — непатогенный штамм SL7207, 7 — E.coli.

Скачать (101KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Определение предела детекции ДНК S. enterica в комбинированных системах RPA c ИХА-1 (а) и ИФА-1 (б): 1–9 — концентрация ДНК в реакционной смеси RPA 0, 0.5 , 5, 50 , 500 фг, 5 пг, 50 пг, 500 пг и 5 нг.

Скачать (116KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Определение предела детекции бактерий S. enterica в молоке: а – связывание в ИФА-1 продуктов RPA после стадии обогащения в течение 0–10 ч для пробы молока, содержащей S. enterica SL7207 в концентрации 2 × 100 на 25 г продукта; б — связывание в ИФА-1 продуктов RPA из проб молока, содержащих различные концентрации S. еnterica SL7207, без проведения стадии обогащения: 1–7 — концентрация клеток S. enterica в пробах на 25 г молока 2 × 100 (1), 2 × 101 (2), 2 × 102 (3), 2 × 103 (4), 2 × 104 (5), 2 × 105 (6), 2 × 106 (7); К– — проба отрицательного контроля.

Скачать (149KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025